Výskum a vývoj rekuperačných lanových zariadení RELAZ sa začal realizovať v roku 2006 na Technickej univerzite vo Zvolene. Pôvodcovia vynálezov v oblasti rekuperačnych lanových zariadení sú doc. Ing. Vladimír ŠTOLLMANN, CSc. PhD.; Ing. Štefan ILČÍK, PhD.; doc. Ing. Jozef SUCHOMEL, CSc. Koncepčné technické riešenia rekuperačných lanových zariadení sú priemyselnoprávne chránené prostredníctvom viacerých patentov.

V rámci výskumnej činnosti v oblasti technickej diagnostiky a spoľahlivosti v oblasti zariadení RELAZ prebieha spolupráca medzi Technickou univerzitou vo Zvolene a Iževskou štátnou technickou univerzitou M. T. KalašnIkova (IžGTU M. T. Kalašnikova), Udmurtská republika, mesto Iževsk, Ruská federácia. Konkrétne ide o spoluprácu s Katedrou mechatronických systémov Fakulty riadenia kvality. V rámci tejto spolupráce sa rozvíjajú najmä práce v oblasti spoľahlivosti zložitých technických systémov a diagnostiky mechatronických systémov.

Diagnostika mechatronických systémov

Súčasné lesnícke mechanizačné prostriedky obsahujú mechanické, hydraulické, pneumatické, elektronické a elektronické komponenty. Ide už o zložitejšiu techniku, ktorá patrí k tzv. mechatronickým systémom. Vo všeobecnosti platí, že čím je technika zložitejšia, tým je väčšie nebezpečenstvo vzniku poruchy. Zvýšenie spoľahlivosti zložitých mechatronických systémov môže byť riešené pomocou technickej diagnostiky, ktorá umožňuje získavať stálu a objektívnu informáciu o práci jednotlivých častí mechatronického systému.

Mnohé z mechatronických systémov disponujú automatickým systémom diagnostiky, ktorá oznamuje poruchy a uvádza informáciu o nich v súčasnosti spravidla na obrazovke. Diagnostický systém zabezpečuje zber údajov o prevádzkyschopnosti mechatronického systému a ich vyhodnotenie a vizualizáciu.

Technické diagnostikovanie mechatronických systémov je efektívnym prostriedkom zabezpečenia vysokej spoľahlivosti a ekonomickej efektívnosti. Umožňuje riešiť predovšetkým nasledujúce základné úlohy:

– Včasné odhalenie a odstránenie porúch,

– Zníženie prestojov v dôsledku porúch,

– Zvýšenie produktivity práce,

– Šetrenie energiami a materiálmi,

– Vylúčenie neodôvodnených demontážno-montážnych prác, čo pomáha predĺžiť technickú životnosť zariadenia,

– Zvýšenie spokojnosti zákazníkov,

– Zvýšenie bezpečnosti práce a pod.

Technická diagnostika

Technickú diagnostiku môžeme charakterizovať ako vedu o určovaní stavu technického systému. Termín diagnostika pochádza z gréckeho slova diagnozis, čo znamená určovanie, definovanie. Cieľom technickej diagnostiky je zvýšenie spoľahlivosti a životnosti technických systémov. Úlohou technického diagnostikovania je odhalenie defektov, ich výskyt a charakterizovanie príčin objavených defektov. Objekt technického diagnostikovania je napr. výrobok a jeho časť, technický stav, ktorý je predmetom diagnostikovania. Technický stav objektu diagnostikovania je súhrn vlastností objektu podliehajúcich zmene v procese výroby, resp. prevádzky, charakterizovaný v určitom časovom momente príznakmi stanovenými metódami technickej diagnostiky. Parameter technického stavu – fyzikálna veličina, charakterizujúca prevádzkyschopnosť, resp. bezchybný stav objektu diagnostiky.

Ďalej sa pri technickej diagnostike možno zamerať napr. na diagnostický parameter, štruktúrny parameter, meranie, spoľahlivosť diagnostiky, prognózovanie technického stavu, čas prevádzky výrobku, čas prevádzky do poruchy, zostatkovú životnosť, bezpečnosť, prevádzkyschopnosť, bezporuchovosť, trvanlivosť, kontrolovateľnosť, opraviteľnosť a pod.

Metódy diagnostikovania mechatronických systémov

Metódy diagnostikovania mechatronických systémov sa klasifikujú podľa príznakov, ako je stupeň informatívnosti, druh diagnostickej informácie, stupeň používania technických prostriedkov, stupeň využívania a hĺbky diagnostiky. Podľa stupňa informovanosti sa vyčleňujú nasledujúce metódy diagnostiky mechatronických systémov: metóda časových intervalov, metóda etalónových modulov, metóda etalónových závislostí, spektrálna metóda a korelačná metóda. Podľa zdroja informácií sa rozlišuje: testové diagnostikovanie a funkčné diagnostikovanie. Metódy diagnostikovania sa klasifikujú podľa typu fyzikálnych procesov, ktoré prebiehajú v objekte, na: mechanické metódy, elektrické metódy, vibračné metódy, ultrazvukové metódy, rázovo-impulzné metódy, tepelné metódy, magnetické metódy, fotometrické metódy a pod.

Logicko-lingvistický model diagnostikovania a prognózovania zostatkovej životnosti mechatronických systémov na báze fuzzy logiky

Logicko-lingvistický model je založený na slovnom opise východiskových premenných a technických stavov, fyzikálnych procesov degradácie v mechanických, elektrických, elektromechanických, elektronických zariadeniach, zákonitostí medzi defektmi a diagnostickými parametrami, osobitosti fungovania mechatronického systému, algoritmov pre samo učenie a hromadenia poznatkov. Logicko-lingvistický model diagnostikovania a prognózovania stavu mechatronických systémov na základe fuzzy logiky je postavený na sústave rovníc:

x(t) = F(x(t₀),t),
D(t) = G(x(t_i),t),
Z(t) = H(x(t),D(t),t),
R(t) = W(x(t),D(t),Z(t),t),
Δt = V(x(t),D(t),R(t),t)

kde:

x(t) = F(x(t₀),t) – rovnica diagnostických parametrov,
x(t) – vektor diagnostických parametrov,
t – vyčerpaná životnosť,
D(t) = G(x(t_i),t) – rovnica výpočtu vektora trendu diagnostických parametrov,
t_i – čas merania diagnostických parametrov,
Z(t) = H(x(t),D(t),t) – rovnica hodnotenia technického stavu,
R(t) = W(x(t),D(t),Z(t),t) – rovnica hodnotenia zostatkovej životnosti v čase t.
Δt = V(x(t),D(t),R(t),t) – rovnica výpočtu intervalov diagnostikovania.

Experimentálny logicko-lingvistický model na báze fuzzy logiky bol vytvorený v programovom prostredí MatLab v balíku Fuzzy Logic Toolbox. Systém fuzzy hodnotenia technického stavu mechatronického systému bol realizovaný na báze poznatkov typu Mamdani s tromi vstupnými premennými x, d, t. Ako nastaviteľné parametre sú použité váhové koeficienty pravidiel. Bloková schéma činnosti diagnostického systému je zobrazená na obr. 1.

Obr. 1 Bloková schéma hodnotenia technického stavu mechatronického systému s tromi vstupnými premennými x, d, t

V rámci tohto modelu je rozpracovaná báza pravidiel fuzzy systému na stanovenie technického stavu mechatronického systému (MS), ktorá má hierarchickú štruktúru a je vytvorená podľa modulového princípu:

• Úroveň mechatronického systému MS:

Ak [(mechatronický modul ММ1 – práceschopný) (mechatronický modul ММ2 – práceschopný) … (mechatronický modul МM3 – práceschopný) (informačné kanály medzi mechatronickými modulmi – práceschopné)], POTOM (mechatronický systém MS – práceschopný).

• Úroveň mechatronických modulov MM:

Ak [(energetický kanál ММ – práceschopný) (informačný kanál ММ – práceschopný)], POTOM (ММ – práceschopný).

• Úroveň energetického kanálu MM:

Ak [(napájací zdroj – práceschopný) (elektrický menič – práceschopný) (elektromechanický menič – práceschopný) (silové elektrické obvody – práceschopné) (mechanický menič – práceschopný) (prevádzka – nominálna)], POTOM (energetický kanál ММ – práceschopný).

• Úroveň informačného kanálu ММ:

Ak [ (snímač 1 – práceschopný) (snímač 2 – práceschopný) … (snímač n – práceschopný) (mikrokontrolér – práceschopný) (ovládač – práceschopný)], POTOM (informačný kanál ММ – práceschopný).

Bloková schéma závislostí stavu energetického kanálu mechatronického modulu od stavov funkčných súčiastok je zobrazená na obr. 2. Bloková schéma závislostí stavu informačného kanála mechatronického modulu od stavu funkčných elementov je zobrazená na obr. 3.

Obr. 2 Schéma závislostí stavu energetického kanálu mechatronického modulu od funkčných elementov

Obr. 3 Schéma závislostí stavu informačného kanála mechatronického modulu od stavu funkčných elementov

Logicko-lingvistický model diagnostiky a prognózovania mechatronického systému má hierarchickú štruktúru a je vytvorený podľa modulového princípu. Predstavuje komplex skladajúci sa z opísaných lingvistických premenných a technického stavu, zo zákonitostí fyzikálnych procesov degradácie v mechanických, elektrických, elektromechanických, elektronických zariadeniach, zo zákonitostí medzi defektmi a diagnostickými parametrami, z osobitostí fungovania a prevádzky mechatronického systému a z bázy pravidiel na určenie technického stavu mechatronického systému.

Uvedený logicko-lingvistický model slúži ako základ pre výskum a vývoj algoritmov diagnostikovania a prognózovania zostatkovej životnosti zariadení RELAZ. Je rozpracovávaný v spolupráci Technickej univerzity vo Zvolene a Iževskej štátnej technickej univerzity M. T. KALAŠNIKOVA.

Zariadenia RELAZ významným spôsobom prispievajú k ochrane životného prostredia a podporujú využívanie ekologických princípov a alternatívnych zdrojov energie. Zariadenia RELAZ majú využitie pri doprave rôznych nákladov v oblasti lesného hospodárstva, poľnohospodárstva, stavebníctva a pri akejkoľvek pracovnej oblasti priemyslu, kde je potrebné efektívne približovať, dopravovať, resp. prepravovať náklad.

Poznatky uvedené v článku sú súčasťou riešenia projektu KEGA č. 011TU Z-4/2015 s názvom Nové formy a metódy výučby v oblasti lesníckej mechanizácie.

Osobitné poďakovanie za podporu vo vedeckovýskumnej činnosti a pri realizácii projektu RELAZ I Aplikovaný výskum a vývoj špeciálnych lanových zariadení – špeciálny lanový vozík, (ITMS kód projektu 26220220036) a projektu RELAZ II Aplikovaný výskum a vývoj špeciálnych lanových zariadení – špeciálny zotrvačník (ITMS kód projektu 26220220035) patrí Ministerstvu školstva, vedy, výskumu a športu SR, Agentúre Ministerstva školstva, vedy, výskumu a športu SR pre štrukturálne fondy EÚ, Európskemu fondu regionálneho rozvoja a spolufinancovaniu zo zdrojov ES. Ďalej naše poďakovanie patrí všetkým spolupracujúcim osobám a organizáciám, ktoré akýmkoľvek spôsobom prispeli k podpore výskumu a vývoja zariadení RELAZ.

Výskum a vývoj zariadení RELAZ ponúka svoju spoluprácu investorom a odborným firmám v súvislosti s vývojom, výrobou a aplikáciou patentovaných riešení výskumu RELAZ do praxe.

Ing. Štefan ILČÍK, PhD.
Výskum a vývoj zariadení RELAZ
e-mail: ilcik.s@gmail.com

doc. Ing. Vladimír ŠTOLLMANN, CSc. PhD.
Technická univerzita vo Zvolene

Jurij Rafailovič NIKITIN, doc., k.t.v.
Jurij Vasilievič TURYGIN, prof., d.t.v.
Iževská štátna technická univerzita M. T. Kalašnikova

www.1.relaz.sk, www.2.relaz.sk